基于Linux的傳感器網絡網關系統(tǒng)設計

引言

傳感器網絡是計算機科學技術的一個新的研究領域，集成了傳感器、微機電系統(tǒng)和網絡二大技術形成的傳感器網絡是一種全新的信息獲取和處理技術。近幾年，在傳感器網絡管理、查詢和數據分發(fā)等方面的研究都得到了相當大的發(fā)展。而傳感器網絡要真正投入使用，則不能完全孤立存在，需要通過網關設備接入外部網絡，如Internet、局域網或企業(yè)內部互聯網，提供用戶對無線傳感器網絡的遠程訪問和監(jiān)測。

1．系統(tǒng)總體設計隨著通信技術、嵌入式計算技術和傳感器技術的飛速發(fā)展和日益成熟，具有感知、計算和通信能力的微型傳感器開始出現。由大量成本低廉的這類傳感器節(jié)點通過無線方式組成了傳感器網絡。傳感器網絡綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、分布式信息處理技術和無線通信技術等，是多學科高度交叉的新興前沿研究熱點領域之一，它具有遠程監(jiān)控、實時監(jiān)測、能在惡劣或特殊環(huán)境工作。

1。1系統(tǒng)硬件平臺設計系統(tǒng)硬件平臺設計主要包括微處理器的選擇和外圍設各的選擇，本文選擇ARM處理器作為核心器件，外圍設各包括SDRAM，FLASH，串口、以太網接口等。嵌入式網關設備由核心板和底板組成，核心板上集成AtmelAT91RM9200處理器，64MSDRAM以及16M的FLASHoAT91ARM9200微處理器芯片是工業(yè)級200MIPSARM920T內核，具有16K字節(jié)的指令和16K字節(jié)的數據高速緩存的處理器。

網關設備底板上提供以下外設接口：兩個RS-232串口和一個lOM/100M自適應以太網接口。外圍硬件接口的選擇將決定整個系統(tǒng)通過何種方式接入網絡。目前最常見的既廉價性能又高的接入方法是采用最成熟的以太網絡接口，能夠滿足局域網接入和絕大多數寬帶網絡接入的要求。因此木文設計的傳感器網絡網關設備通過以太網接口接入Internet，實現遠程用戶對無線傳感器網絡數據的管理。

1。2軟件平臺設計軟件平臺設計主要涉及到兩大方而：一是與硬件相關的軟件部分：二是應用軟件部分。與硬件相關的軟件包括基于ARM的Linux內核移植、引導程序移植等。應用軟件主要包括兩大部分：一為WebServe：和TCP/IP協(xié)議棧；二為傳感器網絡數據采集、融合及存儲等部分，該部分包括遠程管理模塊、查詢指令分析處理模塊、數據存儲模塊、數據分析與融合模塊及數據采集模塊。

2。硬件電路設計本系統(tǒng)硬件平臺設計成兩大部分，一是核心板部分，集成了AtmelAT91RM9200處理器，64MSDRAM以及16M的FLASH存儲器：二是底板部分，由兩個四線RS-232串口和一個10M/100M自適應以太網接口等組成。

2。1SDRAM存儲器SDRAM(SynchronousDynamicRAM)同步動態(tài)存儲器，使用SDRAM小但能提高系統(tǒng)表現，還能簡化設計、提供高速的數據傳輸。在功能上，已類似常規(guī)的DRAM，但是也需要時鐘進行刷新。在系統(tǒng)運行時，所有的程序和數據都是在RAM(主要是在SDRAM)中與CPU和外圍設各交互，所以SDRAM的速度對于整個系統(tǒng)的運行速度有著至關重要的影響。

本文采用了兩片Hynix公司的HY57V281620BTSDRAM芯片，16MX16位數據寬度，共64MSDRAM。AT91RM9200內置有SDRAM控制器(SDRAMC)，具有SDRAM控制接口，為簡化電路設計提供了很大的方便，電路如圖1所示。

圖1SDRAM存儲器電路2。2RS232串行通信口目前RS-232是PC機與通信土業(yè)中應用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標準。RS-232采取小平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。AT91RM9200輸出的串行信號是TTL電平，必須經過電平轉換輸出符合EIA/TIA-232電平，電路設計見圖3。

圖2接收傳感器網絡數據的串口電路

圖3MAC控制器框圖2。3100M以太網AT91RM9200集成有以太網控制器EMAC(EthernetMAC)使這款芯片具有了更為廣泛的應用價值。從硬件的角度看，以太網接口電路主要由MAC控制器和物理層接口兩大部分構成。該設計中，使用LXT972作為以太網的物理層接口。LXT972是一款低功耗、高性能芯片，支持lOM和100M的以太網傳輸，它起編碼、譯碼輸入和輸出數據的作用。由于LXT972和AT91RM9200具有的EMAC都支持MII接口功能，根據信號的定義相連接即可。信號的發(fā)送和接收端通過網絡隔離變壓器和RJ45接口接入傳輸媒體，Emac框圖如圖4。

圖4通過CGI訪問數據庫3軟件平臺設計3。1嵌入式WebServer軟件分析與實現作為傳感器網絡管理系統(tǒng)，本文設計的初衷就是希望監(jiān)測端可以在任何有Internet的地方，客戶通過Internet訪問系統(tǒng)，系統(tǒng)檢查客戶的權限，權限通過即能取得對系統(tǒng)的監(jiān)測權。

如果使用客戶端/服務器模式把系統(tǒng)設計成一個服務器，客戶端就可以通過某種建立在TCP/IP協(xié)議(如FTP，TELNET，HTTP等協(xié)議)之上的應用層協(xié)議來訪問服務器。CGI(CommonGatewayInterface)即公用網關接口，它是程序和應用軟件用來與網絡服務器軟件連接的通用標準，CGI提供網絡瀏覽器和數據信息之間的傳送業(yè)務。CGI是一段程序，它運行在Web服務器上，提供同客戶端HTML頁面的接口。CGI腳本程序啟動后，服務器將客戶端的信息傳給此程序，該程序對客戶的信息處理后，將運行結果交給服務器，由服務器負責再向客戶端傳遞。CGI主要運用于處理搜索引擎和一般表單。

本系統(tǒng)選用Sqlite作為系統(tǒng)的數據庫，并將Sqlite移植到arm板上，然后建立自己的數據庫sensor。db，然后按需要建立表，用山于測試需要，本文設計了兩個來存儲經過分析綜合處理后的傳感器數據信息。數據表和一個用戶表，分別為light(光感強度表)、temperature(溫度表)和user(用戶表用來鑒定遠程登錄用戶的合法性)。

由于CGI程序是用C語言編寫的，經過編譯生成可執(zhí)行的二進制代碼，所以它具有占用空間小，運行速度快，安全可靠等優(yōu)點。該sql。cgi程序啟動后首先查詢用戶表完成用戶名和密碼的鑒定，如果是合法用戶則根據用戶的查詢條件查詢數據庫中的溫度或光感強度數據表將查詢結果顯示在主頁上，若為非法用戶則給出登陸錯誤提示信息返回到主頁。

4結論

本文創(chuàng)新點：本文針對基于Web的傳感器網絡嵌入式網關系統(tǒng)開發(fā)的需求，通過對傳感器網絡的結構、嵌入式Web體系結構、嵌入式數據庫模型、嵌入式操作系統(tǒng)模型、嵌入式網關設計模型等進行初步的研究與探索，并利用現有的開發(fā)平臺和開發(fā)工具，對基十Linux的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)模式、嵌入式Internet技術進行實踐。完成了基于Web的傳感器網絡嵌入式網關系統(tǒng)的硬件設計和軟件平臺設計。該網關可有效進行傳感器網絡數據管理與存儲，實現用戶對傳感器網絡數據的遠程查詢和監(jiān)視功能。